旋转式喷头转速对水力性能影响试验研究

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1、灌溉排水学报２０１４年８月第３３卷第４／５期ＪｏｕｒｎａｌｏｆＩｒｒｉｇａｔｉｏｎａｎｄＤｒａｉｎａｇｅ文章编号：１６７２－３３１７（２０１４）０４／０５－０１７１－０４＊旋转式喷头转速对水力性能影响试验研究李一鸣，李红，刘俊萍，陈超（江苏大学流体机械工程技术研究中心，江苏镇江２１２０１３）摘要：以ＮｅｌｓｏｎＲ３３旋转喷头为样机，通过设置１０种不同粘度的阻尼油脂来调节喷头的转速，对其进行水力性能试验分析。结果表明，使用不同粘度的阻尼油脂可以显著改变喷头转速，当采用粘性最大的阻尼油脂ＫＬ７０４时，

2、喷头在１５０ｋＰａ和２００ｋＰａ工作压力下转速分别为０．０８５ｒ／ｍｉｎ和０．２６ｒ／ｍｉｎ，而无阻尼时，喷头转速为２０２ｒ／ｍｉｎ和２２９．５９ｒ／ｍｉｎ。同时发现，在１５０ｋＰａ和２００ｋＰａ工作压力下喷头转速低于２０ｒ／ｍｉｎ时，随着转速的增加射程逐渐减小，减小程度为２５％～２６．９％，而转速高于２０ｒ／ｍｉｎ时，喷头射程随着转速变化的幅度趋于平缓。综合转速对射程及组合灌溉均匀度的影响，喷头转速为１ｒ／ｍｉｎ左右，更有利于组合喷灌的均匀性及系统布置的经济性。关键词：旋转式喷头；转速；阻尼油脂

3、；射程；水量分布中图分类号：ＴＶ１３１；Ｓ２７７．９＋４文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．１３５２２／ｊ．ｃｎｋｉ．ｇｇｐｓ．２０１４．０４／０５．０３６李一鸣，李红，刘俊萍，等．旋转式喷头转速对水力性能影响试验研究［Ｊ］．灌溉排水学报，２０１４，３３（４／５）：１７１－１７４．喷头的水力性能和运转性能很大程度上决定了喷灌系统的质量。单喷头射程与喷洒均匀性是喷头水力性能的重要考核指标。工作压力、喷嘴直径、流道结构、转速等因素均影响旋转式喷头的射程和水量分［１－５］［６］［７］布。干浙民等拟合得到旋转式喷

4、头射程公式；韩文霆推导了方形喷洒域变量喷头理论流量和转速方［８］程；刘中善分析了折射式旋转喷头运转驱动力矩和阻尼器的阻尼力矩及研究转速对喷头水力性能的影响。总体上，转速对喷头水力性能的影响研究较少。为此，选取ＮｅｌｓｏｎＲ３３旋转式喷头作为样机，研究不同转速下喷头水力性能的变化规律，以期为旋转式喷头转速对内在机理研究与设计提供帮助。１材料与方法以美国Ｎｅｌｓｏｎ公司生产的Ｒ３３旋转喷头为样机，其结构如图１所示。水流自下而上经喷嘴喷出后，进入喷盘的弯曲流道后以一定的仰角射出，同时由于喷盘流道在圆周方

5、向偏转一定角度，致使喷射的水流对喷盘流道产生一个驱动力矩，并在阻尼结构产生的阻力矩的作用下，使喷射出的水流作低速旋转。其阻尼结构为同轴圆筒结构，内装有阻尼油脂，不同粘度的阻尼油脂形成不同的粘性阻力，从而使旋转喷头形成不同的转速。为了获得不同的转速，选取型号不同的粘性阻尼油脂，型号如表１所示。阻尼油脂的试验设置为：ＫＬ７０４、ＫＬ７０３、ＫＬ７０２、ＫＬ７０１、ＫＬ７０４和ＳＨ３０混合、ＫＬ７０３和ＳＨ３０混合、ＫＬ７０２和ＳＨ３０混合、ＫＬ７０１和ＳＨ３０混合、ＳＨ３０、无阻尼油脂。试验在为江苏大

6、学流体机械工程技术研究中心喷灌实验室进行，图１喷头Ｒ３３结构示意图［１］过程参照《旋转式喷头》（ＧＢ／Ｔ２２９９９—２００８）、《水量分布均匀性和＊收稿日期：２０１４－０３－２１基金项目：国家８６３计划资助项目（２０１１ＡＡ１００５０６）作者简介：李一鸣，硕士研究生，主要从事节水灌溉装备的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｐｕｌｙｍ４１８＠１６３．ｃｏｍ１７１［２］试验方法》（ＧＢ／Ｔ１９７９５．２—２００５）等。工作压力为１５０、２００ｋＰａ，压力测量采用０．４级精密压力表，流量测量采用０．５级电磁流量计。

7、采用雨量筒测量距喷头径向线上的点喷灌强度，量雨筒采用径向单列布置，每２个量雨筒之间的距离为１ｍ，每次测量时间为１ｈ。旋转喷头转速的测量与水力性能测试同时进行，转速利用秒表测量。表１粘性阻尼油脂型号及性质阻尼油脂型号ＫＬ７０４ＫＬ７０３ＫＬ７０２ＫＬ７０１ＳＨ３０外观白色膏体白色膏体白色膏体白色膏体白色膏体使用温度０～１０００～１００－８～８０－８～８０－４０～９０扭力值２５℃起动扭力１４０１２０１００９０３０２结果与分析２．１阻尼油脂粘度对转速的影响１５０、２００ｋＰａ工作压力下喷头转速与阻尼油脂

8、的关系如表２所示。从表２可看出，无阻尼油脂时，喷头转速最高，工作压力１５０、２００ｋＰａ时，喷头转速分别达到２０２、２２９．５９ｒ／ｍｉｎ。在喷头阻尼结构中加入阻尼油脂时，其旋转阻力矩明显增大，转速显著减慢。在添加粘度最大的ＫＬ７０４阻尼油脂，喷头转速仅分别为０．０８５、０．２６ｒ／ｍｉｎ。表２不同阻尼油脂型号下转速ｒ／ｍｉｎ阻尼油脂ＫＬ７０４及ＫＬ７０３及ＫＬ７０２及ＫＬ７０１及无阻尼ＫＬ７０４ＫＬ７０３ＫＬ７０２ＫＬ７０１ＳＨ３０型号ＳＨ３０ＳＨ３０ＳＨ３０ＳＨ３０油脂２００ｋ